Циклы, которые завершаются сбоем во время ввода в эксплуатацию — или, что ещё хуже, проходят проверку биологическими индикаторами, но переносят остаточные химические загрязнения в следующую операцию, — почти всегда обусловлены решением относительно параметров, принятым в первые пять минут процесса. В условиях изоляторов это обычно означает, что температура поверхности или уровень влажности были признаны приемлемыми, а не подвергались точному контролю. Последствия этого проявляются в виде прерываний циклов во время квалификационных испытаний, образования защитного слоя стерилизующего средства именно в тех местах, где индикаторы должны подтвердить летальность, или протокола аэрации, который не выдерживает проверки на наличие остаточных веществ, поскольку его параметры никогда не рассчитывались с учётом фактической загрузки камеры. Понимание того, как каждая фаза ограничивает следующую, — это тот критерий, который отличает валидированный цикл от цикла, который однажды прошел испытания в благоприятных условиях.
Этап подготовки: предварительный нагрев поверхности и снижение относительной влажности
Подготовка камеры — это задача точного регулирования, а не этап предварительной подготовки. Цель состоит в том, чтобы довести температуру поверхностей камеры выше точки росы паров перекиси водорода и снизить относительную влажность ниже 30% — эти два условия должны быть выполнены одновременно до начала впрыска, причем не в виде приблизительных значений, а в виде измеренных параметров технологического процесса.
Причина, по которой контроль относительной влажности (RH) имеет количественное значение: данные испытаний показывают, что повышение уровня остаточной влажности с 0% до 10% снижает достижимую концентрацию H₂O₂ с примерно 2 148 мг/л до 1 805 мг/л. Это не незначительная разница. Она означает существенное снижение концентрации стерилизующего вещества, доступной во время фазы выдержки, и происходит ещё до подачи первого импульса впрыска. Поэтому сбои в подготовке не проявляются во время фазы выдержки — они незаметно снижают максимальный уровень эффективности, достижимый за время выдержки, и цикл, проходящий в условиях пониженной базовой концентрации, может технически завершиться успешно, но при этом не достичь целевого уровня летальности.
Холодные поверхности приводят к появлению иного типа сбоев. Полы изоляторов из нержавеющей стали, температура которых ниже 20 °C, вызывают конденсацию испаренного H₂O₂, независимо от того, насколько тщательно настраивается скорость испарения во время впрыска. Последствия этого явления носят комплексный характер: скопление жидкости на уровне пола приводит к прерыванию циклов, что легко ошибочно интерпретировать как аппаратные неисправности, а такая же холодная геометрия в вентиляционных отверстиях на уровне пола — где обычно размещаются биологические индикаторы — может создавать экранирование стерилизующего средства именно в том месте, которое должно определять результат проверки (прошел/не прошел). Процедуры подготовки, включающие предварительный нагрев поверхности, призваны предотвратить такую картину, однако при проектировании необходимо учитывать фактические температуры поверхности в конкретной камере, а не исходить из общего допущения о том, что камера прогрета равномерно.
Три типа сбоев, предотвращению которых специально предназначены процедуры подготовки:
| Риск неудачи | Последствия | Что прояснить |
|---|---|---|
| Устройства, расположенные под вентиляционными отверстиями кондиционера, охлаждаются | Испарившийся H₂O₂ конденсируется во время впрыска, что приводит к прерыванию цикла или образованию защитного слоя, препятствующего проникновению стерилизующего вещества | Находится ли какое-либо оборудование под вентиляционными отверстиями системы кондиционирования и достаточно ли локального предварительного нагрева |
| Вода, запертая в просветах, замерзает в вакууме | Физический ледяной барьер препятствует проникновению стерилизующего вещества и может защищать бактерии | Чтобы все люмены были тщательно высушены перед началом цикла |
| Избыток влаги приводит к повышению вакуумного давления в камере | Сработала система прерывания цикла, имитирующая утечку воздуха | Является ли остаточная влага первопричиной, а не настоящая утечка |
Особого внимания заслуживает прерывание вакуумирования, вызванное влажностью, поскольку на диагностических показаниях оно имитирует утечку воздуха. Когда прерывания цикла во время ввода в эксплуатацию приписываются аппаратным неисправностям до того, как параметры кондиционирования будут полностью определены и стабилизированы, специалисты часто проводят исследования оборудования, которые отнимают время, отведенное на квалификацию, не устраняя при этом фактическую технологическую переменную.
Фаза впрыска: скорость испарения и рабочий цикл импульса
На этапе впрыска жидкий раствор 35% H₂O₂ преобразуется в пар при температуре выше 100 °C и подается в камеру контролируемыми импульсами, при этом целевая концентрация газа в качестве базового входного параметра процесса обычно находится в диапазоне 1–2 мг/л. Это эксплуатационные расчетные показатели, на основе которых настраивается система VHP, а не универсальные нормативные требования — различные геометрии камер, конфигурации нагрузки и целевые уровни летальности потребуют разных профилей впрыска.
Коэффициент заполнения импульса регулирует скорость подачи стерилизующего вещества, и именно в несоответствии этой скорости тепловому состоянию камеры кроются причины большинства сбоев на этапе впрыска. Если скорость испарения превышает способность камеры поглощать вещество в газовую фазу при текущих температурах поверхности, жидкий H₂O₂ будет скапливаться на холодных поверхностях — чаще всего на полах из нержавеющей стали. Это не является неисправностью испарителя; это несоответствие технологических параметров. Этот вид сбоя трудно обнаружить в режиме реального времени, поскольку скопление жидкости не всегда приводит к немедленному прерыванию цикла, особенно если конденсация носит локальный характер. Более серьёзным последствием является то, что скопившаяся жидкая H₂O₂ на полу вблизи возвратного вентиляционного отверстия создаёт экранирующий эффект в «холодной точке», что подрывает достоверность результатов биологического индикатора, который должен подтвердить завершение цикла.
Для команд, осуществляющих ввод в эксплуатацию изоляторов с большой площадью пола из нержавеющей стали или с возвратными вентиляционными отверстиями, расположенными низко в камере, фазу впрыска нельзя настраивать в отрыве от результатов подготовки. Камера, кондиционирование которой завершилось при температуре поверхности чуть выше допустимого порога, будет вести себя во время впрыска иначе, чем камера, которая была тщательно предварительно нагрета. Протоколы ввода в эксплуатацию, в которых оптимизация параметров впрыска выполняется до стабилизации параметров кондиционирования, с высокой вероятностью приведут к несогласованным результатам, которые будут объясняться изменчивостью впрыска, хотя фактическая первопричина кроется в предыдущей фазе. Для получения более подробной информации о том, как пары перекиси водорода ведут себя на этих переходных этапах, Перекись водорода: Как это работает в 2025 году содержит дополнительную информацию о соответствующих физико-химических процессах.
Фаза выдержки: стабильная концентрация H₂O₂ и целевые значения D-значения
На фазе выдержки концентрация газообразного H₂O₂ поддерживается в заданном диапазоне — как правило, от 3 до 6 мг/л — в течение периода, рассчитанного для достижения целевого значения D; обычно он составляет от 10 до 20 минут в зависимости от требований к летальности. Сложность проектирования фазы выдержки заключается в том, что и диапазон концентраций, и продолжительность являются следствием решений, принятых на предыдущих этапах: подготовка определяет верхний предел концентрации, впрыск устанавливает начальное состояние, а организм, используемый для тестирования биологических индикаторов, определяет, насколько консервативно оценивается значение D.
Именно на этапе выбора организма часто происходит ситуация, когда принятие важных компромиссных решений откладывается до последнего момента. Geobacillus stearothermophilus значительно более устойчив к воздействию H₂O₂ в паровой фазе, чем Bacillus atrophaeus, который откалиброван для измерения сопротивления в жидкой фазе. Используя B. atrophaeus поскольку выдержка в паровой фазе приводит к получению значений D, которые не отражают фактическое состояние стерилизующего вещества в камере. На практике это означает, что фаза выдержки, валидированная с учетом B. atrophaeus может показаться, что он соответствует требованиям, хотя на самом деле он недостаточно хорошо охарактеризован для решения задачи, связанной с паровой фазой, которую он должен обеспечить.
Ситуацию усугубляет выбор методологии валидации. Метод «перестраховочного полуцикла» — аналогичный по структуре практике валидации стерилизации с использованием оксида оксида — является признанной схемой для определения летальности в фазе выдержки, но это не единственный способ, соответствующий требованиям. Доказано, что конструкция с двумя полуциклами, в которой для каждого полуцикла используются отдельные впрыски H₂O₂, позволяет сократить общее время обработки с 73 до 52 минут в определенных конфигурациях; это показатель оптимизации процесса, привязанный к данной конкретной конфигурации, а не утверждение об общей эффективности для всех платформ. Важно то, что сокращение продолжительности цикла, достигнутое за счет оптимизации конструкции, по-прежнему должно быть валидировано на соответствие целевым значениям D-значения с использованием правильного микроорганизма, а сокращение интервалов выдержки оставляет меньший запас на отклонения концентрации, вызванные изменчивостью предварительной подготовки.
Этап проветривания: очистка с помощью HEPA-фильтров и удаление остаточных загрязнений
Аэрация — это этап, объем работ по которому чаще всего занижается на этапе разработки цикла, поскольку усилия по валидации, как правило, сосредоточены на впрыске и выдержке, где результаты биологических индикаторов наиболее заметны. Следствием недооценки важности аэрации становится протокол, который проходит биологическую экспертизу, но не может продемонстрировать адекватную степень удаления остаточных веществ при аудите — это тип неисправности, который в соответствии с ISO 22441:2022 становится все труднее игнорировать, поскольку стандарт требует количественной оценки остаточных веществ и установления безопасных пределов в рамках валидации, а не в качестве дополнительного этапа после утверждения.
Механизм промывки воздухом, прошедшим через фильтр HEPA — восстановление в камере атмосферного давления путем подачи отфильтрованного воздуха для вытеснения и разбавления остаточного H₂O₂ — представляет собой один из вариантов реализации аэрации, подходящий для систем, в которых конструкция камеры обеспечивает контролируемое восстановление атмосферного давления. Время, необходимое для достижения безопасных уровней остаточного содержания, зависит от трех взаимодействующих переменных: объема камеры, характеристик поглощения материалов, входящих в состав загрузки, и расхода воздуха при аэрации. Из них поглощающая способность материалов является наиболее изменчивой и чаще всего недооцениваемой величиной. Камера, валидированная с использованием минимальной эталонной загрузки, а затем эксплуатируемая с материалами с высокой поглощающей способностью — полимерами, текстилем, пористой упаковкой — потребует более длительной аэрации, чем предусмотрено валидированным протоколом, и эта разница может оставаться незаметной до тех пор, пока не будет проведено измерение остаточных концентраций.
Требование стандарта ISO 22441:2022 в отношении оценки остаточного риска означает, что проверка эффективности аэрации должна проводиться с учетом фактического состава поступающих сточных вод, а не типовых условий в камере. Команды, которые определяют продолжительность аэрации на ранних этапах разработки цикла, а затем расширяют состав нагрузки без повторной валидации фазы аэрации, подвергаются риску несоответствия требованиям аудита, который полностью выходит за рамки схемы «прошел/не прошел» биологических индикаторов. Недостаточная аэрация не приводит к несоответствию биологических индикаторов — она вызывает проблему химических остаточных веществ, которая проявляется отдельно, часто во время аудита или оценки контакта с продуктом.
Размещение биологических индикаторов для проверки наличия холодных зон
Размещение биологических индикаторов — это тот момент, когда проект технологического процесса проверяется на соответствие наихудшим реальным условиям. Решение о размещении не является произвольным: индикаторы должны располагаться в том месте, где концентрация H₂O₂ самая низкая, а контакт со стерилизующим веществом наименее надежен — в «холодной точке». Для большинства конфигураций изоляторов и камер таким местом является вентиляционное отверстие обратного потока на полу, где низкая температура, обратный воздушный поток и геометрическое положение в совокупности создают наиболее сложные условия в системе.
Geobacillus stearothermophilus является обязательным микроорганизмом для биологических индикаторов VHP при применении в больничных условиях в соответствии с рекомендациями FDA; он выбран ввиду того, что демонстрирует наибольшую устойчивость к H₂O₂ в паровой фазе. Данное требование распространяется исключительно на больничные условия; в более широком контексте валидации в фармацевтической и биотехнологической отраслях этот же микроорганизм подходит по той же технической причине — устойчивости к H₂O₂ в паровой фазе — однако нормативные рамки не следует расширять за пределы установленной сферы применения без подтверждения соответствия применимым рекомендациям для конкретной среды использования.
Для выявления реальной «холодной зоны» необходим научно обоснованный подход, а не догадки. Разработка устройства для проверки технологического процесса (PCD) в сочетании с испытаниями на относительное сопротивление является общепризнанным методом определения мест с наихудшими условиями перед окончательным размещением индикаторов. Проведение данной проверки с использованием датчиков, распределенных по уровню пола, в нижних углах и в местах обратных вентиляционных отверстий — а не слепое копирование размещения предыдущей установки — является тем шагом, который с наибольшей вероятностью позволит выявить «холодную зону», не соответствующую ожиданиям. Холодная зона, выявленная с помощью тепловизионного картирования и впоследствии подтвержденная испытаниями с использованием PCD, служит обоснованным доказательством для принятия решений о размещении индикаторов на этапе квалификации. Холодная зона, предположительно выявленная исключительно на основании геометрии, может не учитывать локальный артефакт температуры поверхности, вызванный специфическими для камеры схемами воздушных потоков или конфигурацией нагрузки.
Результат проверки «холодных точек» (прошел/не прошел) является абсолютным: сбой биологического индикатора в месте с наихудшими условиями означает сбой цикла, независимо от того, какие данные о концентрации показывают во время выдержки. Именно по этой причине решения, принимаемые на этапах подготовки и впрыска, которые приводят к неравномерности температуры поверхности, нельзя рассматривать как инженерные детали, предшествующие стратегии размещения биологических индикаторов. Если во время подготовки не были должным образом устранены холодные поверхности вблизи возвратного вентиляционного отверстия, размещенный там индикатор работает в неблагоприятных условиях — и проверка цикла проводится в месте, где, возможно, имело место экранирование стерилизующего средства, а не достигалась целевая концентрация пара. Для команд, занимающихся разработкой и квалификацией полного цикла, Процесс стерилизации VHP: 2025 Полное руководство подробно освещает систему квалификаций.
Самое важное решение, которое требует данный процесс, заключается в том, что четыре этапа должны быть спроектированы и валидированы как единая система. Результаты кондиционирования определяют максимальную концентрацию, при которой возможна выдержка; выбор параметров впрыска является безопасным только в пределах диапазона температур поверхности, устанавливаемого кондиционированием; летальность при выдержке зависит от того, насколько консервативен организм, используемый для её оценки; а продолжительность аэрации считается адекватной только в том случае, если она рассчитана с учётом фактического состава нагрузки, а не на основе репрезентативного эталонного значения. Цикл, который проходит проверку по биологическим индикаторам, но при этом характеризуется недостаточной аэрацией, несоответствующим выбором микроорганизмов или остаточными «холодными точками» вблизи возвратных вентиляционных отверстий, прошел лишь один тест в одном наборе условий — но не продемонстрировал надежность процесса в целом.
Перед окончательной доработкой протокола цикла следует явно подтвердить три момента: что температуры поверхности на уровне пола и у возвратных вентиляционных отверстий были измерены в типичных условиях эксплуатации, а не выведены на основе данных об окружающей среде; что биологический индикаторный организм был выбран с учетом устойчивости в паровой фазе, а не взят по умолчанию из перечня для валидации в жидкой фазе; и что продолжительность аэрации была валидирована с учетом полного состава материала предполагаемой загрузки. Каждое из этих подтверждений устраняет один из вариантов отказа, который обычно проходит незамеченным на ранних этапах квалификационных испытаний и выявляется только при аудите или в ходе масштабирования.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Существенно ли меняется конструкция цикла стерилизации методом VHP при использовании камеры с материалами с высокой степенью поглощения, такими как полимеры или пористая упаковка?
A: Да — при использовании материалов с высокой поглощающей способностью необходимо заново подтвердить продолжительность аэрации, даже если протокол испытаний с биологическим индикатором остаётся неизменным. Поглощающая способность материала является наиболее изменчивым фактором, определяющим степень удаления остаточного H₂O₂, и продолжительность, установленная для минимальной эталонной нагрузки, будет недостаточной для пористых или полимерных материалов. Стандарт ISO 22441:2022 требует, чтобы оценка риска, связанного с остаточными концентрациями, проводилась с учетом фактического состава нагрузки, поэтому расширение нагрузки без повторной валидации аэрации создает прямой риск при аудите, который полностью выходит за рамки процедуры оценки «прошел/не прошел» по биологическим индикаторам.
Вопрос: После того как цикл проходит проверку биологических индикаторов в ходе квалификации, каков непосредственно следующий шаг, который необходимо выполнить, прежде чем протокол можно будет считать валидированным?
A: Перед тем как протокол будет признан валидированным, необходимо провести количественную оценку остаточного содержания H₂O₂ на материалах загрузки и поверхностях камеры и проверить его соответствие безопасным пределам. Прохождение биологических индикаторов подтверждает летальность, но ничего не говорит об остаточных химических веществах — это два отдельных требования к верификации. Стандарт ISO 22441:2022 рассматривает оценку риска, связанного с остаточными веществами, как часть валидации, а не как дополнительную проверку после утверждения, поэтому протокол без задокументированных данных об устранении остаточных веществ пока не соответствует требованиям, независимо от результатов биологических испытаний.
Вопрос: Если G. stearothermophilus Все показатели в норме, но данные о концентрации H₂O₂ во время выдержки демонстрируют некоторый отклонение ниже заданного диапазона. Можно ли считать результат цикла достоверным?
A: Это зависит от того, находится ли дрейф концентрации в пределах утвержденного рабочего диапазона и были ли биологические индикаторы размещены в подтвержденных «холодных точках». Сами по себе данные о концентрации не определяют результат цикла — биологический индикатор, расположенный в месте с наихудшими условиями, является окончательным критерием прохождения или не прохождения теста. Однако устойчивый дрейф концентрации указывает на изменчивость в условиях подготовки, которая, возможно, не повлияла на данный цикл, но снижает его надежность. Прежде чем считать результат показателем стабильности процесса, стоит выяснить, коррелирует ли этот дрейф с неравномерностью температуры поверхности.
Вопрос: Как стерилизация с помощью VHP сравнивается со стерилизацией этиленоксидом при использовании изоляторов, когда продолжительность цикла является ограничивающим фактором?
A: Метод VHP обеспечивает значительное сокращение времени цикла в тех конфигурациях, где возможна реализация схем с двумя полуциклами — для конкретных настроек зафиксировано сокращение времени с 73 до 52 минут — и не требует периода дегазации после цикла, который обязателен при использовании метода EO из-за опасений по поводу токсичных остаточных веществ. Метод EO сохраняет преимущество для материалов с высокой степенью поглощения H₂O₂, которые приводят к непредсказуемому удлинению времени аэрации, а также для устройств со сложной просветной структурой, где проникновение паров менее надежно, чем диффузия газа. Практический выбор зависит от состава загрузки, совместимости материалов и возможности предприятия проверить продолжительность аэрации для всего набора материалов — факторов, которые влияют на надежность цикла VHP в большей степени, чем на цикл EO.
Вопрос: Применим ли описанный здесь подход к проектированию циклов VHP к небольшим настольным или проходным системам, или только к полноразмерным фармацевтическим изоляторам?
A: Последовательность фаз и логика параметров применимы к камерам любого размера, однако некоторые критические пороговые значения значительно смещаются при уменьшении размеров. Настольные и проходные системы, как правило, обладают меньшей тепловой массой, что означает: температура поверхности быстрее реагирует во время кондиционирования, но при этом более уязвима к появлению локальных холодных зон под воздействием внешнего воздушного потока. Объём камеры также напрямую определяет продолжительность аэрации, поэтому протокол, рассчитанный для большого изолятора, приведет к избыточной аэрации небольшой камеры — что приведёт к потере времени цикла — или, если его неправильно сократить, к недостаточной аэрации. Выявление холодных зон посредством анализа кривой PCD и теплового картирования остаётся необходимым независимо от размера камеры; геометрия меняется, а это означает, что местоположение наихудшего случая может не совпадать с предположением о наличии вентиляционного отверстия в полу, которое применимо к более крупным установкам.
